说说 Redis 事务

更多技术文章，请关注我的个人博客 www.immaxfang.com 和小公众号 Max的学习札记。

Redis 事务简介

Redis 只是提供了简单的事务功能。其本质是一组命令的集合，事务支持一次执行多个命令，在事务执行过程中，会顺序执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到本事务执行命令序列中。命令的执行过程是顺序执行的，但不能保证原子性。无法像 MySQL 那样，有隔离级别，出了问题之后还能回滚数据等高级操作。后面会详细分析。

Redis 事务基本指令

Redis 提供了如下几个事务相关的基础指令。

• MULTI开启事务，Redis 会将后续命令加到队列中，而不真正执行它们，直到后续使用EXEC来原子化的顺序执行这些命令
• EXEC执行所有事务块内的命令
• DISCARD取消事务，放弃执行事务块内所有的命令
• WATCH监视一个或多个 key，若事务在执行前，这些 key 被其他命令修改，则事务被终端，不会执行事务中的任何命令
• UNWATCH取消 WATCH命令对所有 keys 的监视

一般情况下，一个简单的 Redis 事务主要分为如下几个部分：

1. 执行命令MULTI开启一个事务。
2. 开启事务之后，执行命令的多个命令会依次被放入一个队列，放入成功则会返回QUEUED消息。
3. 执行命令EXEC提交事务，Redis 会依次执行队列中的命令，并依次返回所有命令的结果。（若想放弃提交事务，则执行DISCARD）。

下图简单介绍了下 Redis 事务执行的过程：

实例分析

下面我们来通过一些实际具体例子，来体会下 Redis 中的事务。前面我们也说到 Redis 的事务不是正真的事务，是无法完全满足标准事务的ACID特性的。通过下面的例子，我们来看看，Redis 的“破产版”事务到底存在什么问题。

• [A]正常执行提交

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b 2
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"2"

开启事务后，提交的命令都会加入队列（QUEUED），执行 EXEC 后会逐步执行命令并返回结果。这个看起来是不是和我们平时使用 MySQL 的事务操作相似，类似 start transaction 和 commit。

• [B]正常取消事务

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b 2
QUEUED
127.0.0.1:6379> DISCARD
OK
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> GET a
(nil)
127.0.0.1:6379> GET b
(nil)

开启事务后，若不想继续事务，使用 DISCARD 取消，前面提交的命令并不会真正执行，相关的 key 值不变。这个看起来也和 MySQL 的事务相似，类似 start transaction 和 rollback。

• [C]WATCH 监视 key

-- 线程 1 中执行
127.0.0.1:6379> del a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get a
(nil)
127.0.0.1:6379> SET a 0
OK
127.0.0.1:6379> WATCH a
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
----------------------------------------- 线程 2 中执行
----------------------------------------- 127.0.0.1:6379> SET a 2
----------------------------------------- OK
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)
127.0.0.1:6379> GET a
"2"

在开启事务之前 WATCH 了 a 的值，随后再开启事务。在另一个线程中设置了 a 的值（SET a 2），然后再 EXEC 执行事务，结果为 nil，
说明事务没有被执行。因为 a 的值在 WATCH 之后发生了变化，所以事务被取消了。

需要注意的是，这里和开启事务的时间点没有关系，与 MULTI 和另一个线程设置 a 的值的先后没有关系。只要是在 WATCH 之后发生了变化。无论事务是否已经开启，执行事务（EXEC）的时候都会取消。
普通情况下，在执行 EXEC 和 DISCARD 命令时，都会默认执行 UNWATCH。

• [D]语法错误

127.0.0.1:6379> SET a 1
OK
127.0.0.1:6379> SET b 2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> SETS b 22
(error) ERR unknown command 'SETS'
127.0.0.1:6379> EXEC
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"2"

当 Redis 开启一个事务后，若添加的命令中有语法错误，会导致事务提交失败。这种情况下事务队列中的命令都不会被执行。如上面例子中 a 和 b 的值都是原有的值。
这类在 EXEC 之前产生的错误，如命令名称错误，命令参数错误等，会在 EXEC 执行之前被检测出来，所以在发生这些错误的时候，事务会被取消，事务中的所有命令都不会执行。（这种情况看起来是不是有点像回滚了）

• [E]运行时错误

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b hello
QUEUED
127.0.0.1:6379> INCR b
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
3) (error) ERR value is not an integer or out of range
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"hello"

当 Redis 开启一个事务后，添加的命令没有出现前面说的语法错误，但是在运行时检测到了类型错误，导致事务最提交失败（说未完全成功可能更准确点）。此时事务并不会回滚，而是跳过错误命令继续执行。
如上面的例子，未报错的命令值已经修改，a 被设置成了 1，b 被设置为了 hello，但是报错的值未被修改，即 INCR b 类型错误，并未执行，b 的值也没有被再更新。

Redis 事务与 ACID

通过上面的例子，我们已经知道 Redis 的事务和我们通常接触的 MySQL 等关系数据库的事务还有有一定差异的。它不保证原子性。同时 Redis 事务也没有事务隔离级别的概念。下面我们来具体看下 Redis 在 ACID 四个特性中，那些是满足的，那些是不满足的。
事务执行可以分为命令入队（EXEC 执行前）和命令实际执行（EXEC 执行之后）两个阶段。下面我们在分析的时候，很多时候都会分这两种情况来分析。

• 原子性（A）

上面的实例分析中，[A]，[B]，[C]三种正常的情况，我们可以很明显的看出，是保证了原子性的。
但是一些异常情况下，是不满足原子性的。

1. 如 [D] 所示的情况，客户端发送的命令有语法错误，在命令入队列时 Redis 就判断出来了。等到执行 EXEC 命令时，Redis 就会拒绝执行所有提交的命令，返回事务失败的结果。此种情况下，事务中的所有命令都不会被执行了，是保证了原子性的。
2. 如 [E] 所示的情况，事务操作入队时，命令和操作类型不匹配，此时 Redis 没有检查出错误（这类错误是运行时错误）。等到执行 EXEC 命令后，Redis 实际执行这些命令操作时，就会报错。需要注意的是，虽然 Redis 会对错误的命令报错不执行，但是其余正确的命令会依次执行完。此种情况下，是无法保证原子性的。
3. 在执行事务的 EXEC 命令时，Redis 实例发生了故障，导致事务执行失败。此时，如果开启了 AOF 日志，那么只会有部分事务操作被记录到 AOF 日志中。使用redis-check-aof工具检测 AOF 日志文件，可以把未完成的事务操作从 AOF 文件中去除。这样一来，使用 AOF 文件恢复实例后，事务操作不会被再执行，从而保证了原子性。若使用的 RDB 模式，最新的 RDB 快照是在 EXEC 执行之前生成的，使用快照恢复之后，事务中的命令也都没有执行，从而保证了原子性。若 Redis 没有开启持久化，则重启后内存中的数据全部丢失，也就谈不上原子性了。

• 一致性（C）

一致性指的是事务执行前后，数据符合数据库的定义和要求。这点在 Redis 事务中是满足的，不论是发生语法错误还是运行时错误，错误的命令均不会被执行。

1. EXEC 执行之前，入队报错（实例分析中的语法错误）

事务会放弃执行，故可以保证一致性。

2. EXEC 执行之后，实际执行时报错（实例分析中的运行时错误）

错误的命令不会被执行，正确的命令被执行，一致性可以保证。

3. EXEC 执行时，实例宕机

若 Redis 没有开启持久化，实例宕机重启后，数据都没有了，数据是一致的。
若配置了 RDB 方式，RDB 快照不会在事务执行时执行。所以，若事务执行到一半，实例发生了故障，此时上一次 RDB 快照中不会包含事务所做的修改，而下一次 RDB 快照还没有执行，实例重启后，事务修改的数据会丢失，数据是一致的。若事务已经完成，但新一次的 RDB 快照还没有生成，那事务修改的数据也会丢失，数据也是一致的。
若配置了 AOF 方式。当事务操作还没被记录到 AOF 日志时，实例就发生故障了，使用 AOF 日志恢复后数据是一致的。若事务中的只有部分操作被记录到 AOF 日志，可以使用 redis-check-aof清除事务中已经完成的操作，数据库恢复后数据也是一致的。

• 隔离性（I）
  1. 并发操作在 EXEC 执行前，隔离性需要通过 WATCH 机制来保证
  2. 并发操作在 EXEC 命令之后，隔离性可以保证

情况 a 可以参考前面的实例分析 WATCH 命令的使用。
情况 b，由于 Redis 是单线程执行命令，EXEC 命令执行后，Redis 会保证先把事务队列中的所有命令执行完之后再执行之后的命令。

• 持久性（D）

若 Redis 没有开启持久化，那么就是所有数据都存储在内存中，一旦重启，数据就会丢失，因此此时事务的持久性是肯定无法得到保证的。
若 Redis 开启了持久化，当实例宕机重启，还是会有可能丢失数据，因此也并能完全保证持久性。
因此，我们可以说 Redis 事务无法一定保证持久性，仅在特殊的情况下，可以保证持久性。

关于 Redis 在开启持久化之后，为啥还会丢失数据，笔者会单独整理一篇 Redis 持久化与主从相关的文章来介绍，此处简单说下。
如果配置了 RDB 模式，在一个事务执行后，下一次 RDB 快照还未执行前，Redis 实例发生了宕机，数据就会丢失、
如果配置了 AOF 模式，而 AOF 模式的三种配置选项 no，everysec，always 也都可能会产生数据丢失的情况。

总结一下，Redis 事务对 ACID 的支持情况：

• 具备一定的原子性，但不支持回滚
• 满足一致性
• 满足隔离性
• 无法保证持久性

Redis 事务为什么不支持回滚

看一下官网的的说明：

What about rollbacks?
Redis does not support rollbacks of transactions since supporting rollbacks would have a significant impact on the simplicity and performance of Redis.

大部分需要事务回滚的情况是程序错误导致的，这种情况一般是开发环境，生产环境不应该出现这种错误。
对于逻辑错误，例如应该加 1，结果写成了加 2，这种情况无法通过回滚来解决。
Redis 追求的是简单高效，而传统事务的实现相对复杂很多，这和 Redis 的设计思想是违背的。当我们享受 Redis 的快速时，也就无法再要求它更多。

总结

本文主要介绍了 Redis 事务的基础指令与执行流程，并分析了其对传统 ACID 特性支持的情况，相信大家对 Redis 事务已经有了一个简单的了解。
通过上面的介绍，会发现 Redis 的事务似乎有点鸡肋，确实实际中也很少会使用。至于事务的具体实现，笔者后续文章会结合源码进行分析。今天的文章就到这里，下期我们接着学。